PROTOS 70 卷煙機卷煙紙剩余量節(jié)紙控制系統(tǒng)

張樹偉 李培培 河南中煙工業(yè)有限責任公司安陽卷煙廠

一、背景分析

PROTOS 卷接機組是目前國內(nèi)推廣使用的主要煙支生產(chǎn)線。PROTOS 卷煙機盤紙消耗浪費很大，第一，盤紙在拼接加速過程中備用新盤紙被引出平均6 米盤紙；第二，盤紙拼接后盤紙圈剩余量平均16 米。因此盤紙每次轉(zhuǎn)換拼接浪費盤紙材料至少22 米，有些車況不好的卷煙機甚至于達到30-40米，造成生產(chǎn)成本增加。節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，因此可以深化技術(shù)革新采用新技術(shù)新方案從技術(shù)角度來實現(xiàn)節(jié)能效益的最大化。

二、原理分析

第一，PROTOS 的盤紙電機采用的是直流電機，控制盤紙加速的控制器采用電位器調(diào)節(jié)來控制盤紙電機的加速曲線，控制方式比較落后，造成盤紙引紙量浪費大。

第二，PROTOS 卷煙機盤紙剩余量較多由以下原因造成：

1. PROTOS 原機原機檢測剩余盤紙直徑的方法是脈沖參照，即ERP 脈沖對比SWCP（盤紙圈脈沖），一個RCP 脈沖相當于25mm長的盤紙長度，以RCP 對比來判斷剩余盤紙的直徑，由于脈沖精度太低造成判斷誤差較大，已經(jīng)不能滿足當下要求。

2.PROTOS 卷煙機生產(chǎn)中，張力桿的收放調(diào)節(jié)產(chǎn)生一個紙張速度正負偏移量，這個偏移量將造成ERP 與SWCP 比較觸發(fā)器提前或滯后觸發(fā)，這也是確定拼接直徑的一個主要干擾。

3.卷煙機在不同生產(chǎn)速度時收到盤紙拼接信號會由當前車速降至機器設(shè)定的拼接速度，這樣一來不同的運行速度其降速時間和放卷速度也不同。

三、技術(shù)方案

通過研究我們開發(fā)了PROTOS 70 卷煙紙剩余量節(jié)紙控制系統(tǒng)。系統(tǒng)主要組成包括交流伺服裝置（引紙電機）、人機界面HMI、PLC、轉(zhuǎn)換模塊和測速旋轉(zhuǎn)編碼器（參考原理框圖）。第一，交流伺服控制器可以精準控制加速電機的運行曲線，將盤紙加速特性調(diào)整在最佳狀態(tài)，可以節(jié)省新盤紙的加速引紙消耗。第二，剩余盤紙的控制是利用PLC開發(fā)出特殊算法功能，讀取高速脈沖、建立抗干擾的速度校正算法及I/O 邏輯處理。其特點是檢測精度高、能補償張力桿抖動產(chǎn)生的速度偏移、能補償降速過程產(chǎn)生的時間與速度影響。本系統(tǒng)能準確檢測剩余盤紙直徑及控制盤紙剩余量。（見圖1）

圖1 原理框圖

根據(jù)卷煙機盤紙傳動的結(jié)構(gòu)，利用同步輪和同步帶傳動將旋轉(zhuǎn)編碼器安裝在引紙輥的傳動系統(tǒng)中（如圖以下各部件名稱均以字母表示）。

圖2 盤紙傳動結(jié)構(gòu)示意圖

如圖可知E 的線速度等于A 的線速度（忽略張力桿擾動量），E 輥直徑是定值，A輥是變量隨機器運行直徑逐漸減小，因此可以用E 輥做參照計算出A 輥直徑。我們利用旋轉(zhuǎn)編碼器的高分辨率特性將E 輥周長細分，編碼器測算的脈沖被PLC 高速計數(shù)器4 倍分頻，同時將盤紙圈脈沖作為計數(shù)脈沖，即A 輥一周作為檢測基準，A 輥每圈復(fù)位。這樣我們設(shè)?a 為A 輪的直徑，A 輪一周產(chǎn)生的編碼器脈沖為?Fp，張力桿在A輥和E 輥中間起到速度平衡調(diào)節(jié)作用，由于張力桿的調(diào)節(jié)擺動影響，以?a 為基準檢測到的?Fp 脈沖數(shù)值有誤差。為了消除張力桿擺動產(chǎn)生的正負干擾量，將盤紙架脈沖實時取樣計數(shù)，利用特殊算法計數(shù)盤紙圈的實時直徑。盤紙的線速度檢測精度以我們在改造試驗中確定的數(shù)據(jù)為例，編碼器分辨率1024，F(xiàn)、E 的速度比是1，E 輥直徑63.662，可得：

即E 輥每引出1mm 盤紙編碼器就輸出5.12 個脈沖，由此一個脈沖約等于0.195mm紙長度，代入4 倍分頻約等于0.0488mm。?a=?Fp*0.0488，換算成單層紙的厚度即檢測精度=mm，盤紙單層厚度一般為0.038mm 左右，完全滿足檢測需求。盤紙圈輥直徑越大產(chǎn)生的脈沖數(shù)也越多，由此我們通過HMI 可以自由設(shè)置盤紙拼接直徑。

四、結(jié)論

使用此項研究改造后盤紙引紙量和剩余量節(jié)約效果明顯，通過實際測量盤紙引紙量平均4 米，剩余量平均控制在5 米以內(nèi)，一致性和重復(fù)性較好達到了預(yù)期效果。